Обратноходовый преобразователь

Эквивалентная схема обратноходового преобразователя

Обратноходовой преобразователь (англ. flyback converter) — разновидность статических импульсных преобразователей напряжения с гальванической развязкой первичных и вторичных цепей.

Принцип работы преобразователя

Основным элементом обратноходового преобразователя является многообмоточный накопительный дроссель^[1], который часто называют трансформатором.

Различают два основных этапа работы схемы: этап накопления энергии дросселем от первичного источника электроэнергии и этап вывода энергии дросселя во вторичную цепь (вторичные цепи).

Этапы работы обратноходового преобразователя. Красным цветом показаны линии, в которых на данном этапе протекает ток

При замыкании ключа, к первичной обмотке дросселя прикладывается напряжение источника питания. В дросселе начинает нарастать магнитный поток, а следовательно накапливаться энергия. В качестве ключей обычно выступают транзисторы. При запирании ключевого элемента (отключении первичной обмотки от источника питания) ток через первичную обмотку дросселя резко уменьшается, наводя на вторичную обмотку ЭДС, отпирающую диод. Во вторичной цепи начинает протекать ток, который заряжает конденсатор и питает нагрузку. Во время первого этапа (этапа накопления энергии) нагрузка питается только за счет заряда, полученного конденсатором во время второго этапа. Импульсы тока в первичной цепи повторяются с частотой от 1 кГц до 100 кГц (в зависимости от типа преобразователя). В результате во вторичной обмотке протекает ток пилообразной формы.

Регулирование напряжения, питающего нагрузку, осуществляется за счёт изменения длительности импульсов тока в первичной обмотке.

Некоторые микросхемы для таких преобразователей не имеют полноценного широтно-импульсного модулятора (ШИМ — когда для изменения выходного напряжения изменяется длительность импульса от 50…70 % до 0) и работают в «старт-стопном» режиме. То есть микросхема постоянно работает с максимальной мощностью, если напряжение повысилось выше порога переключения — микросхема отключается и перестает «закачивать» импульсы в трансформатор до тех пор, пока оно не понизится, после чего снова начинает работать с максимальной мощностью. Такой режим работы, по сравнению с ШИМ, создает много помех, выходное напряжение сильно пульсирует, увеличивается нагрузка на сглаживающий конденсатор, силовой транзистор, выпрямительные диоды, но для заряда аккумуляторов, питания цифровых схем это несущественно.

Применение

Обратноходовые преобразователи нашли широкое применение в качестве источников питания различной аппаратуры мощностью до 200 Вт: телевизоров, аудио- и видеоаппаратуры, периферийных устройств компьютерной техники и самих компьютеров. Также в зарядных устройствах мобильных телефонов и ноутбуков.

На базе обратноходовых преобразователей изготавливают инверторные источники сварочного тока, так как нагрузочная характеристика обратноходового преобразователя резкопадающая, что оптимально с точки зрения стабилизации дуги. Но такие преобразователи характеризуются большими габаритами по сравнению с прямоходовыми.

Широкое распространение обратноходовых преобразователей привело к появлению на мировом рынке электронных компонентов специальных микросхем, обеспечивающих построение обратноходовых преобразователей с минимальным количеством внешних элементов (например микросхемы серии TOPSwitch).

Преимущества и недостатки

Преимущества обратноходовых преобразователей:

• существенно меньшие габариты и вес по сравнению с источниками питания, содержащими трансформатор на частоту 50 Гц;
• значительно меньшее использование дорогостоящих материалов (меди)
• нечувствительность обратноходового преобразователя к короткому замыканию нагрузки;
• возможность регулирования выходного напряжения в широких пределах, а также поддержание требуемого выходного напряжения в условиях изменения напряжения питающей сети;

В связи с тем, что в обратноходовом преобразователе накопительный дроссель подключён к первичной сети и к нагрузке в различные моменты времени, передача помех из сети в нагрузку и назад исключена, что тоже является достоинством обратноходового преобразователя.

Недостатки обратноходовых преобразователей:

• мощность ограничена энергией, запасаемой дросселем (на практике — не более 200 Вт);
• повышенный уровень электромагнитных помех, создаваемых как в питающей сети, так и в нагрузке;
• бо́льшие по сравнению с другими импульсными преобразователями габариты при той же мощности.
• такой ИИП не работает на холостом ходу (т.е. без подключенной нагрузки)

См. также

• Импульсный стабилизатор напряжения
• Двухтактный преобразователь
• Инверторы напряжения
• Катушка Румкорфа

Литература

• Костенко С. Эволюция обратноходовых импульсных ИП // Радио №8 (2002) и №9 (2002)

Примечания

1. ↑ Источники питания — Раздел 16 Импульсные источники питания — Основные импульсные схемы — Преобразователи с трансформаторной развязкой — Стр. 132 // issh.ru